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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Signals von einem Senderteil an ein Empfängerteil.
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Es sind vielfältige Übertragungsverfahren bekannt, bei denen unterschiedliche Übertragungsmedien verwendet werden. So wird häufig als Übertragungsmedium ein elektrischer Leiter oder Luft verwendet. Gerade bei der Übertragung über Funk besteht das Problem, wie sich der Sender gegenüber dem Empfänger authentifizieren kann. Hierzu ist es beispielsweise üblich geworden, dass ein direkter Kontakt über Nahfeld-Übertragung (near field communication) hergestellt wird.
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Die Erfindung betrifft im Besonderen die Verwendung eines menschlichen Körpers zur Bildung eines Signalübertragungswegs, wobei in diesem Fall das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt.
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Die Erfindung betrifft schließlich eine Signalübertragungsvorrichtung mit einem Senderteil und einem von dem Senderteil separaten Empfängerteil.
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Die Erfindung beschäftigt sich damit, ein alternatives, einfach handhabbares Verfahren zur Signalübertragung bereitzustellen.
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Eine Auswahl an bereits bekannten Vorrichtungen zur Datenübertragung, teilweise mittels des menschlichen Körpers, sind im Folgenden aufgeführt.
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In der
US 2008/0261523 A1 ist eine Datenübermittlung über einen menschlichen Körper beschrieben. Zur Herstellung einer solchen Datenübermittlung ist eine Kommunikationsvorrichtung vorgesehen, die eine Vielzahl an Elektroden aufweist, wobei eine Transmissionssignalelektrode und eine Empfangssignalelektrode kapazitiv mit dem Körper verbunden wird. Die Kommunikationsvorrichtung aus der
US 2008/0261523 weist zudem eine Transmissionsreferenzelektrode und eine Empfangsreferenzelektrode auf, die zum Herstellen einer Datenübertragung erforderlich sind.
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Eine weitere Kommunikationsvorrichtung zur Einrichtung einer Datenübermittlung über einen menschlichen Körper ist in der
US 2011/0299512 A1 offenbart. Auch hier ist das Anbringen zweier Signalelektroden in direkter Nähe des Körpers vorgesehen, wodurch ein elektrisches Feld erzeugbar und eine Signalübertragung von einer zur anderen Elektrode über den Körper möglich sein soll. Die beschriebene Kommunikationsvorrichtung weist ferner zwei Bodenelektroden auf, die eine für die Datenübertragung erforderliche Rückleitung bilden.
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In der
US 2013/0149961 A1 ist eine weitere Kommunikationsvorrichtung offenbart, mit welcher über einen menschlichen Körper eine Datenübertragung ermöglichbar sein soll.
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Die
US 2011/0086595 A1 offenbart ein Senderempfangsgerät zum Senden und Empfangen von Daten über ein Transmissionsmedium, wie beispielsweise den menschlichen Körper. Hierzu ist vorgesehen, dass eine kapazitive Kopplung einer Sender-/Empfänger-Elektrode mit dem Körper herstellbar ist.
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In der
US 2012/0198596 A1 ist eine Anordnung aus einem Kleidungsstück sowie einem ersten Apparat und einem zweiten Apparat offenbart. Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Apparat eine drahtlose Verbindung herstellbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass ein Benutzer das Senderteil an einer Einkoppelstelle seines Körpers kapazitiv an den Körper ankoppelt, dass der Benutzer das Empfängerteil an den Körper an einer Auskoppelstelle des Körpers kapazitiv ankoppelt und dass das Signal über den Körper vom Senderteil an das Empfängerteil übertragen wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Benutzer zueinander in Bezug zu setzende Senderteile und Empfängerteile einfach zur Signalübertragung verbinden kann. Somit kann der Nutzer auf einfache Weise auswählen, zwischen welchem Senderteil und welchem Empfängerteil eine Signalübertragung stattfinden soll.
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Die Verwendung einer kapazitiven Einkopplung der Signale in den menschlichen Körper und einer kapazitiven Auskopplung der übertragenen Signale aus dem menschlichen Körper bietet zudem den Vorteil, dass der menschliche Körper nicht direkt elektrisch kontaktiert werden muss. Eine Herstellung eines Signalübertragungswegs ist daher selbst dann möglich, wenn der Benutzer vollständig mit einer Schutzkleidung bedeckt ist. Ein typischer Anwendungsfall ist gegeben, wenn der Benutzer sich beispielsweise in einem Kühlhaus aufhält und die Signalübertragung zwischen einem Senderteil und einem Empfängerteil einleiten möchte, ohne die Schutzkleidung ablegen zu müssen. Weitere Beispiele ergeben sich, wenn der Benutzer in anderen lebensfeindlichen Umgebungen arbeitet. Durch gezielten Einsatz seines eigenen Körpers kann somit der Benutzer auch in lebensfeindlichen Umgebungen auf einfache Weise eine Signalübertragungsverbindung herstellen. Hierbei kann die kapazitive Kopplung jeweils dadurch bewirkt sein, dass die jeweilige Kontaktfläche mit der Haut des menschlichen Körpers eine Kapazität bildet.
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Weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft somit das Auslesen von Informationen mittels einer bestehenden Technologie, die den Menschen als Übertragungsmedium einsetzt und den Einsatz in den verschiedensten Applikationen von Messgeräten ermöglicht. Die Erfindung ermöglicht somit ein einfaches und sicheres Auslesen der Daten. Es müssen hierfür keine Distanzen zwischen Auslese- und Messgerät, also zwischen Empfängerteil und Sendeteil, eingehalten werden. Mit der Erfindung können verschiedenste Daten ausgelesen und unmittelbar zugeordnet werden, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel erforderlich sind. Neben dem reinen Auslesen von Daten können weitere Möglichkeiten realisiert werden, wie eine Benutzererkennung, eine Fühlererkennung, also eine Erkennung eines Zubehörteils eines Messgeräts, sowie die Übertragung von Daten an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise innerhalb einer Kühlkette.
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Die Erfindung ermöglicht es beispielsweise bei einer ersten Anwendung, Messungen im Bereich Lebensmittel zu dokumentieren, die einen Nachweis eines Verantwortlichen für die durchgeführte Messung beziehungsweise eine durchgeführte Überprüfung erfordern. Diese Verantwortlichen tragen meist einen zusätzlichen Schutzanzug und werden oft durch andere Arbeiten von dem eigentlichen Auslesen der Daten unterbrochen. Dies erfordert einen erhöhten Aufwand an der Identifizierung, zum Beispiel eine mehrmalige Benutzeranmeldung wie ein Kennwort oder die Notwendigkeit, einen Transponder aus dem Schutzanzug herauszuholen und erneut zur Identifizierung zu scannen. Hier ermöglicht die Erfindung deutliche Vereinfachungen. Bei einer zweiten Anwendung sind zu messende Lebensmittel oft in Paletten verpackt und in einem Kühltransport schwer zugänglich.
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Gerade bei derartigen Kühlketten besteht jedoch die Gefahr, dass durch das Messen beziehungsweise durch die Übertragung von Messdaten die Kühlkette unterbrochen wird und es zum Verderben oder zur Keimbildung kommen kann. Hier ermöglicht die Erfindung ein Herstellen einer Übertragungsverbindung durch eine Verpackung hindurch, so dass die Gefahr eines Verderbens oder einer Keimbildung vermindert werden kann. Schließlich ermöglicht die Erfindung bei einer dritten Anwendung im Bereich Klimatechnik, mit verschiedensten Fühler zur Überwachung der Raumluft usw. zu arbeiten. Die Arbeit mit den Fühlern wird bei den bisher bekannten Messsystemen durch aufwändig handzuhabende Kabelverbindungen und durch zu überwindende Distanzen erschwert. Hier schafft die Erfindung die Möglichkeit, die Zahl der erforderlichen Kabel zu verringern, da eine Signalübertagungsverbindung durch den Nutzer selbst hergestellt werden kann.
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Bei der zuerst beschriebenen Anwendung kann der Benutzer mit Hilfe der Erfindung eine Benutzererkennung als Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation durch das Berühren des jeweiligen Empfängerteils, beispielsweise eines Anzeigegeräts, übertragen. Als Quelle der Information, also als Senderteil, kann hier beispielsweise ein Tag, den der Benutzer in seiner Jacken- oder Hosentasche trägt, dienen. Dies ermöglicht eine schnelle Identifikation ohne eine mehrmalige Eingabe eines Kennworts und ohne die Notwendigkeit, einen Schutzanzug zu öffnen, um einen Transponder herauszunehmen. Bei der an zweiter Stelle beschriebenen Anwendung ermöglicht die Erfindung eine Übertragung von Messwerten auf ein Anzeigegerät dadurch, dass ein Benutzer den jeweils auszulesenden Tag berührt. Der Benutzer muss daher lediglich die Verpackung der gekühlten Ware berühren, um die Messwerte auslesen zu können. Ein Auspacken der Ware, um an ein Messgerät zu gelangen, ist somit verzichtbar. Die Bildung von Keimen oder das Verderben der Ware aufgrund einer unterbrochenen Kühlkette ist somit vermeidbar. Bei dem dritten beschriebenen Anwendungsfall ermöglicht die Erfindung, die erwähnten Fühler zum Auslesen von Daten im Fühler durch Berührung mit einem Anzeigegerät oder einem anderen Empfängerteil zu verbinden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil mit wenigstens einer außenseitigen Sender-Kontaktfläche des Senderteils an den Körper angekoppelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Stelle, an welcher eine Ankopplung erfolgen kann, am Senderteil einfach erkennbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass eine wirksame Einkopplung der zu übertragenden Signale in den menschlichen Körper auch dann möglich ist, wenn der Benutzer vergleichsweise dicke Schutzkleidung trägt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil mit wenigstens einer außenseitigen Empfänger-Kontaktfläche des Empfängerteils an dem Körper angekoppelt wird. Somit ist eine einfache Herstellung der kapazitiven Auskopplung ermöglicht.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil mit wenigstens einer Extremität des Körpers berührt wird. Somit kann der Benutzer besonders einfach bewusst eine Verbindung zum Senderteil herstellen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil mit wenigstens einer Extremität des Körpers berührt wird. Somit kann der Benutzer einfach gezielt eine Verbindung zu dem Empfängerteil herstellen. Besonders günstig ist es, wenn das Senderteil und das Empfängerteil mit unterschiedlichen Extremitäten berührt werden. Der Benutzer kann somit auf einfache Weise seinen Körper als verbindendes Übertragungsmedium einsetzen. Besonders günstig ist es, wenn das Senderteil und/oder das Empfängerteil mit zwei Extremitäten berührt wird/werden. Von Vorteil ist dabei, dass zwei voneinander separate Kontaktflächen am Senderteil oder am Empfängerteil mit jeweils einer Extremität, beispielsweise mit beiden Händen, berührt werden können. Somit ist eine selektive Verbindung und eine Bildung von mehreren Übertragungswegen im menschlichen Körper ermöglicht.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil über zwei voneinander beabstandete Sender-Kontaktflächen kapazitiv an den Körper angekoppelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verbindung des Senderteils mit dem Empfängerteil über eine zusätzliche Leitung oder über Masse verzichtbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass das Senderteil am Körper, beispielsweise unterhalb der bereits erwähnten Schutzkleidung, getragen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil über zwei voneinander beabstandete Empfänger-Kontaktflächen kapazitiv an den Körper angekoppelt wird. Somit kann das Empfängerteil am Körper, beispielsweise unter der bereits erwähnten Schutzkleidung, getragen werden.
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Bei den genannten Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Sender-Kontaktflächen zwischen den Empfänger-Kontaktflächen angeordnet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Sender-Kontaktflächen zwischen der wenigstens einen Empfänger-Kontaktfläche und Masse angeordnet werden. Bei diesen Ausgestaltungen ist erreicht, dass die Empfänger-Kontaktflächen den Sender-Kontaktflächen elektrisch gegenüberstehen, so dass das gesendete Signal beispielsweise mit einem hochohmigen Innenwiderstand des Empfängerteils abgegriffen werden kann.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Signalrückleitung zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil über Masse hergestellt wird. Somit ist im menschlichen Körper nur ein Leitungsweg ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass Signalauslöschungen im Körper, beispielsweise durch Kurzschlüsse zwischen Leitungswegen, vermeidbar oder verhinderbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein vom Senderteil generiertes Signal über eine in oder an einem Kleidungsstück ausgebildete Leitung der wenigstens einen Sender-Kontaktfläche zugeführt wird. Somit ist die Einkopplungsstelle, an welcher das generierte Signal mit der Sender-Kontaktfläche kapazitiv in den menschlichen Körper eingekoppelt wird, entfernt vom Senderteil anordenbar. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn zwei Sender-Kontaktflächen zur Einkopplung in den menschlichen Körper verwendet werden, die voneinander beabstandet angeordnet werden sollen. Diese Leitung kann beispielsweise in das Kleidungsstück integriert oder an dem Kleidungsstück befestigt oder lose verlegt sein.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Herstellung eines Signalübertragungswegs zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil im Senderteil und/oder im Empfängerteil detektiert wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Signalübertragung automatisch gestartet werden kann, sobald der Signalübertragungsweg eingerichtet ist. Der Benutzer muss somit keine weiteren Betätigungsschritte durchführen, um die Signalübertragung nach Herstellung des Signalübertragungswegs zu starten.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation vom Senderteil an das Empfängerteil übertragen wird. Somit kann im Empfängerteil geprüft werden, ob das Senderteil zur Signalübertragung autorisiert ist. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn als Signale Bedieninformationen oder Bedienbefehle übertragen werden. Besonders günstig ist es, wenn eine Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation, beispielsweise die bereits erwähnte Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation im Empfängerteil ausgewertet wird.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an dem Empfängerteil vor Herstellung eines Signalübertragungswegs, beispielsweise des bereits erwähnten Signalübertragungswegs, zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil eine auf das Senderteil bezogene Identifizierungsinformation eingegeben wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Senderteil vor der Signalübertragung identifizierbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass an dem Empfängerteil vor Herstellung eines Signalübertragungswegs, beispielsweise des bereits erwähnten Signalübertragungswegs, zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil eine auf das Senderteil bezogene Identifizierungsinformation umgeben, insbesondere angezeigt, wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Benutzer einfach kontrollieren kann, ob das Empfängerteil nun mit dem richtigen Senderteil zur Signalübertragung verbunden ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder in vorgegebenen Zeitabständen eine Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation, beispielsweise die bereits erwähnte Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation, aussendet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Benutzer die Authentifizierung- und/oder Identifizierung nicht durch einen gesonderten Bedienschritt einleiten muss, sondern dass das Herstellen des Signalübertragungswegs durch kapazitive Ankopplung des eigenen menschlichen Körpers ausreichen kann.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil und/oder das Senderteil eine Trennung eines Signalübertragungswegs, beispielsweise das bereits erwähnte Signalübertragungsweg zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil detektiert/detektieren. Somit ist ein Verbindungsabriss oder eine Beendigung der Signalübertragung sofort feststellbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil und/oder das Senderteil in einen geschützten Modus übergeht/übergehen, wenn ein Signalübertragungsweg, beispielsweise der bereits erwähnte Signalübertragungsweg zwischen dem Senderteil und dem Empfängerteil getrennt wurde. Beispielsweise kann der geschützte Modus dadurch charakterisiert sein, dass bei erneuter Herstellung des Signalübertragungswegs eine neue Authentifizierung oder Identifizierung erforderlich ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Signal frequenzmoduliert übertragen wird. Von Vorteil ist dabei, dass die zu übertragenden Signal besonders einfach kapazitiv ein- und auskoppelbar sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn das Signal mittels Frequenzumtastung übertragen wird, beispielsweise durch Verwendung von zwei oder mehreren Trägerfrequenzen, die jeweils einen logischen Zustand definieren.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Frequenzmodulation mit einer Mittenfrequenz oder mit Trägerfrequenzen im Audiobereich, beispielsweise unterhalb 5 kHz, übertragen wird. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische Signale vorliegen, die ohne weitere Transformationen mit herkömmlichen oder bereits bekannten Beschaltungen verarbeitbar sind, mit denen analoge Signale von Mikrofonen digital verarbeitbar sind.
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Eine besonders einfach realisierbare Ausgestaltung kann vorsehen, dass das über die wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche empfangene Signal mit einer Beschaltung eines Mikrofoneingangs in ein digitales Signal gewandelt wird. Hierbei ist es besonders günstig, wenn das Signal frequenzmoduliert, insbesondere frequenz-umgetastet, im Audiobereich, also in einen Frequenzbereich, dessen Frequenzzahlen im hörbaren Bereich liegen, durchgeführt wird. Von Vorteil ist dabei weiter, dass bereits verfügbare Aufnahmegeräte als Empfängerteil verwendbar sind, ohne dass eine zusätzliche aufwendige elektronische Beschaltung erforderlich ist.
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Generell kann gesagt werden, dass die kapazitiven Kopplungen umso besser sind, je höher eine Frequenz der übertragenen Signale ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Lösung der genannten Aufgabe eine erfindungsgemäße Verwendung eines menschlichen Körpers zur Bildung eines Signalübertragungswegs zwischen einem Senderteil und einem Empfängerteil vorsehen, wobei in diesem Fall der menschliche Körper an das Senderteil und an das Empfängerteil kapazitiv angekoppelt wird und das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein Benutzer den eigenen menschlichen Körper einsetzen kann, um einen
Signalübertragungsweg gezielt zwischen einem ausgewählten Senderteil und einem ausgewählten Empfängerteil herzustellen. Hierbei ist keine direkte galvanische Kontaktierung erforderlich, vielmehr kann der Benutzer Schutzkleidung tragen, ohne dass die Bildung des Signalübertragungswegs verhindert wird. Beispielsweise kann der Benutzer das Senderteil unter einer Schutzkleidung tragen und den Signalübertragungsweg zu einem Empfängerteil außerhalb der Schutzkleidung herstellen oder umgekehrt.
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Ein Anwendungsfall kann vorsehen, dass das Senderteil ein Messgerät ist, beispielsweise ein Temperaturlogger oder ein Logger einer anderen physikalischen Messgröße, und dass das Empfängerteil zum Auslesen dieser Messwerte aus dem Senderteil eingerichtet ist. Das Senderteil kann somit ein einer lebensfeindlichen oder zumindest rauen Umgebung aufgestellt sein, und der Benutzer kann das Empfängerteil unter einer Schutzkleidung tragen und muss es nicht aus dieser Schutzkleidung herausholen, um die Messwerte auslesen zu können.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Anwendung der Erfindung vorsehen, dass das Senderteil ein Bediengerät ist, welches Bedienbefehle als Signale aussenden kann, und dass das Empfängerteil ein sonstiges elektrisches Gerät, beispielsweise ein Logger einer physikalischen Messgröße wie der Temperatur ist, welches von dem Bediengerät mit Bedienbefehlen versorgbar ist. In diesem Fall kann beispielsweise das Senderteil unter der Schutzkleidung am Benutzer angeordnet sein, und der Benutzer kann einen Signalübertragungsweg zu einem außerhalb der Schutzkleidung angeordneten Empfängerteil herstellen, welches er mit Bedienbefehlen versorgen möchte.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe für eine Signalübertragungsvorrichtung die Merkmale des nebengeordneten, auf eine Signalübertragungsvorrichtung gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß bei einer Signalübertragungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass das Senderteil außenseitig wenigstens eine Sender-Kontaktfläche aufweist und zu einer kapazitiven Einkopplung eines Signals über die Sender-Kontaktfläche in einen menschlichen Körper eingerichtet ist und dass das Empfängerteil außenseitig wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche aufweist und zu einer kapazitiven Auskopplung eines Signals aus dem Körper eingerichtet ist, so dass ein Signal von dem Senderteil über einen an die wenigstens eine Sender-Kontaktfläche und an die wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche angekoppelten menschlichen Körper an das Empfängerteil übertragbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Signalübertragungsvorrichtung bereitgestellt ist, bei welcher ein Benutzer durch Einsatz seines eigenen menschlichen Körpers gezielt einen Signalübertragungsweg bilden kann. Die Einrichtung der Sender-Kontaktfläche und der Empfänger-Kontaktfläche zur kapazitiven Kopplung, die durch an sich bekannte elektronische Beschaltungen realisiert sein kann, bietet den Vorteil, dass ein Benutzer seinen eigenen menschlichen Körper als Übertragungsmedium einsetzen kann, ohne eine elektrisch isolierende Schutzkleidung ablegen zu müssen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Sender-Kontaktfläche und/oder die wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche jeweils als eine metallische Oberfläche ausgebildet ist/sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Kontaktflächen von außen einfach erkennbar sind. Von Vorteil ist dabei weiter, dass eine kapazitive Kopplung an den möglicherweise durch eine dicke Isolationsschicht geschützten menschlichen Körper nicht durch zusätzliche Abdeckungen erschwert wird.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil eine erste Sender-Kontaktfläche und eine von dieser beabstandete zweite Sender-Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Sender-Kontaktfläche an einer ersten Einkoppelstelle kapazitiv an den Körper und die zweite Sender-Kontaktfläche an einer zweite Einkoppelstelle kapazitiv an dem Körper und/oder an Masse ankoppelbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein geschlossener Signalübertragungsweg entweder vollständig über den menschlichen Körper oder über eine Signalrückführung über Masse herstellbar ist.
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Allgemein kann gesagt werden, dass die zu übertragenden Signale als Niederspannungs-Signale ausgebildet sind. Diese Signale können hochohmig am Empfängerteil abgegriffen werden. Auf diese Weise sind hohe Stromflüsse vermeidbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Empfängerteil eine erste Empfänger-Kontaktfläche und eine von dieser beabstandete zweite Empfänger-Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Empfänger-Kontaktfläche an einer ersten Auskoppelstelle kapazitiv an den Körper und die zweite Empfänger-Kontaktfläche an einer zweiten Auskoppelstelle kapazitiv an den Körper und/oder an Masse ankoppelbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass zwei Auskoppelstellen beabstandet voneinander zum Abgreifen des zu übertragenden Signals aus dem menschlichen Körper verwendbar sind.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn ein Abstand zwischen den Empfänger-Kontaktflächen größer ist als ein Abstand zwischen den Sender-Kontaktflächen. Somit ist beispielsweise erreichbar, dass ein von dem menschlichen Körper bereitgestellter Widerstand zwischen den Empfänger-Kontaktstellen größer ist als ein derartiger Widerstand zwischen den Sender-Kontaktstellen. Dies erleichtert das Abgreifen des zu übertragenden Signals.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil und/oder das Empfängerteil jeweils mit Masse verbindbar ist/sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine Signalrückleitung über Masse herstellbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Senderteil zu einer Aussendung von frequenzmodulierten Signalen eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Signale einfach über die kapazitive Ankopplung übertragbar sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn frequenzumgetastete Signale, deren logischer Inhalt durch unterschiedliche Trägerfrequenzen repräsentiert ist, aussendbar sind. Bevorzugt ist das Senderteil zur Aussendung von Signalen im Audiobereich eingerichtet. Dies hat den Vorteil, dass diese elektrischen Signale, deren Frequenzen in einem Frequenzbereich liegen, in dem akustische Signale hörbar sind, direkt ohne Frequenzumsetzung von elektronischen Beschaltungen für Mikrofone verarbeitbar sind. Besonders günstig ist es, wenn das Empfängerteil zu einer Detektion und/oder Identifikation von verschiedenen Frequenzen einer Frequenzumtastung eingerichtet ist. Somit ist eine Demodulation im Empfängerteil ausführbar.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Signalübertragung in einem hochfrequenten Frequenzbereich durchgeführt wird, das Senderteil also zur Aussendung hochfrequenter Signale und das Empfängerteil zum Empfang hochfrequenter Signale eingerichtet sind. Dabei kann das Signal auf der Empfänger- und/oder der Senderseite in den gewünschten Frequenzbereich durch Mischen transferiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche an einen Mikrofoneingang eines tragbaren Rechners, insbesondere eines Smartphones, eines Tablet-PCs oder eines Laptops oder eines sonstigen digitalen Aufnahmegeräts, angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Beschaltung des Mikrofoneingangs zur Umwandlung von abgegriffenen elektrischen Signalen in digitale Signale verwendbar ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Beschaltung eines Mikrofon-Eingangs, beispielsweise des bereits erwähnten Mikrofon-Eingangs, an eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung des Empfängerteils angeschlossen ist. Eine digitale Weiterverarbeitung von den analog übertragenen Signalen ist somit einfach möglich.
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Besonders günstig ist es, wenn das Empfängerteil und/oder das Senderteil zu einer bidirektionalen Signalübertragung ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass das Empfängerteil bei Bedarf auch als Senderteil arbeiten kann. Von Vorteil ist weiter, dass das Senderteil bei Bedarf auch als Empfängerteil arbeiten kann.
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Besonders günstig ist es, wenn bei der Signalübertragungsvorrichtung Mittel zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere wie vorherbeschrieben und/oder nach einem der auf ein Verfahren gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung ausführbar ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus Kombinationen der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmale der Ausführungsbeispiele.
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Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung in stark vereinfachter Prinzipdarstellung,
- 2 die Codierung der zu übertragenden Signale mittels Frequenzumtastung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren,
- 3 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 ein weiteres Ersatzschaltbild zur Erläuterung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 5 ein weiteres Ersatzschaltbild zur Erläuterung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie
- 6 ein weiteres Ersatzschaltbild zur Erläuterung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine in 1 in stark vereinfachter Blockbilddarstellung gezeigte und im Ganzen mit 1 bezeichnete, erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung hat ein Senderteil 2 und ein Empfängerteil 3.
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Das Empfängerteil 3 ist separat von dem Senderteil 2 ausgebildet.
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An dem Senderteil 2 sind außenseitig eine erste Sender-Kontaktfläche 4 und eine zweite Sender-Kontaktfläche 5 ausgebildet. Die erste Sender-Kontaktfläche 4 und die zweite Sender-Kontaktfläche 5 sind an einen Signalgenerator 6 angeschlossen und in an sich bekannter Weise beschaltet, um Signale, welche der Signalgenerator 6 erzeugt, kapazitiv in einen menschlichen Körper 7, der nahe der Sender-Kontaktflächen 4, 5 angeordnet ist, einzukoppeln.
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Das Empfängerteil 3 hat eine erste Empfänger-Kontaktfläche 8 und eine zweite Empfänger-Kontaktfläche 9, die ebenfalls außenseitig ausgebildet sind.
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Die Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 sind an einen Verstärker 10 angeschlossen und in an sich bekannter Weise so geschaltet, dass elektrische Wechselspannungs-Signale von dem menschlichen Körper 7 kapazitiv mit den Kontaktflächen 8, 9 abgreifbar sind. An den Verstärker 10 ist im Empfängerteil 3 in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Demodulator 11 angeschlossen, mit welchem die analogen Signale von den Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 in ein digitales Signal 12 umwandelbar sind. Das digitale Signal 12 wird einer Signalverarbeitungseinrichtung 13 - hier als Mikrocontroller pC gezeigt - weitergeleitet.
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Es ist somit ein Signal 14 von dem Senderteil 2 an das Empfängerteil 3 über einen Signalübertragungsweg übertragbar, bei welchem der menschliche Körper 7 einen Teil des Signalübertragungswegs bildet.
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Bei der Situation gemäß 1 ist somit ein Verfahren zur Übertragung eines Signals 14 von dem Senderteil 2 an das Empfängerteil 3 ausführbar, bei welchem ein Benutzer die erste Sender-Kontaktfläche 4 an einer Einkoppelstelle 15 an den menschlichen Körper 7 kapazitiv ankoppelt. Der Benutzer stellt hierbei den Signalübertragungsweg zu dem Empfängerteil 3 dadurch her, dass er die erste Empfänger-Kontaktfläche 8 des Empfängerteils 3 an einer Auskoppelstelle 16 kapazitiv an seinen menschlichen Körper 7 ankoppelt.
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Die Einkoppelstelle 15 und die erste Sender-Kontaktfläche 4 einerseits und die Auskoppelstelle 16 und die erste Empfänger-Kontaktstelle 8 andererseits bilden somit jeweils eine Kapazität für die kapazitive Ankoppelung.
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Zur Ankopplung legt der Benutzer jeweils ein Körperteil an die außenseitig am Senderteil 2 ausgebildete metallische erste Sender-Kontaktfläche 4 und ein weiteres Körperteil an die außenseitig am Empfängerteil 3 ausgebildete metallische erste Empfänger-Kontaktfläche 8 an.
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3 zeigt das Ersatzschaltbild zu der Situation gemäß 1. Funktionell und/oder konstruktiv zu dem Beispiel gemäß 1 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1 und 2 gelten daher zu 3 entsprechend.
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Die zweite Sender-Kontaktfläche 5 ist an einer zweiten Einkoppelstelle 17 des menschlichen Körpers 7 kapazitiv an den menschlichen Körper 7 angekoppelt.
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Die erste Sender-Kontaktfläche 4 und die zweite Sender-Kontaktfläche 5 sind hier beispielhaft an ein Körperteil 29, hier dem Rumpf des Benutzers, angekoppelt.
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Die zweite Empfänger-Kontaktfläche 9 ist an einer zweiten Auskoppelstelle 18 des menschlichen Körpers 7 an dem menschlichen Körper 7 kapazitiv angekoppelt.
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Aus der Prinzipskizze gemäß 3 ist ersichtlich, dass der Abstand der ersten Einkoppelstelle 15 von der zweiten Einkoppelstelle 17 kleiner ist als der Abstand der ersten Auskoppelstelle 16 von der zweiten Auskoppelstelle 18. Es ist ferner ersichtlich, dass die Einkoppelstellen 15 und 17 zwischen den Auskoppelstellen 16 und 18 liegen, so dass die Sender-Kontaktflächen 4, 5 im Signalübertragungsweg zwischen den Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 angeordnet sind.
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Beispielsweise ergibt sich die Situation gemäß 3 dann, wenn das Senderteil 2 in einer Brusttasche des Benutzers oder einer sonstigen Kleidungstasche aufbewahrt ist, während der Benutzer die Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 mit jeweils einer Extremität 19, beispielsweise mit jeweils einer Hand, kontaktiert.
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Für die verwendeten Wechselspannungssignale, bevorzugt mit Frequenzen kleiner 5 kHz und somit im Audiobereich, bildet der menschliche Körper 7 mit seinen einzelnen Körperteilen einen Widerstand in der Größenordnung von 1 kQ. Der Innenwiderstand 20 des Empfängerteils 3 ist demgegenüber wenigstens eine Größenordnung, hier sogar drei Größenordnungen, größer gewählt. Typischerweise werden Innenwiderstände 20 von einem MΩ oder mehr verwendet.
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2 zeigt beispielhaft ein typisches übertragenes Signal 14.
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Es ist ersichtlich, dass das Signal durch Umtastung zwischen zwei Frequenzen codiert wird. So ist im gezeigten Beispiel zunächst eine logische „0“, dann eine logische „1“ und schließlich wieder eine logische „0“ codiert. Der Demodulator 11 ist zur Detektion und Identifizierung dieser Frequenzen eingerichtet, um die codierten Werte zu decodieren.
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Durch die Verwendung von Frequenzen, die normalerweise dem Audiobereich zugeordnet sind, hier Frequenzen unterhalb von 5 kHz, ist es möglich, die Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 mit dem analogen Mikrofoneingang 21 eines digitalen Aufnahmegeräts, beispielsweise eines Smartphones, eines Tablet-PCs oder eines Laptops, und dessen zugehörige Beschaltung 22 mit Verstärker 10, Demodulator 11 und Signalverarbeitungseinrichtung 13 zu verwenden.
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4 zeigt eine weitere Variante als Ersatzschaltbild der Situation gemäß 1. Konstruktiv und/oder funktionell gleichartige oder identische Bauteile oder Funktionseinheiten sind wieder mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1 bis 3 gelten daher zur 4 entsprechend.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die Sender-Kontaktflächen 4, 5 an jeweils einer Extremität 19 an den menschlichen Körper 7 angekoppelt.
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Hierzu ist entlang des menschlichen Körpers 7, beispielsweise in oder an einem nicht weiter dargestellten Kleidungsstück, eine Leitung 23 geführt, welche die erste Sender-Kontaktfläche 4 mit dem Signalgenerator 6 verbindet.
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Dargestellt ist in 4 beispielhaft die Situation, dass das Sendeteil 2 an die beiden Arme angeschlossen ist.
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Der Benutzer kann nun mit seiner rechten Hand 24 die zweite Empfänger-Kontaktfläche 9 und mit seiner linken Hand 25 die erste Empfänger-Kontaktfläche 8 berühren. Die rechte Hand 24 bildet somit die zweite Auskoppelstelle, während die linke Hand die erste Auskoppelstelle 16 bildet.
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Das Senderteil 2 kann hier wieder direkt am Körper getragen werden, beispielsweise kann der Signalgenerator 6 in eine Kleidungstasche gesteckt sein.
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5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Konstruktiv und/oder funktionell zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind wieder mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1 bis 4 gelten daher zur 5 entsprechend.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von den vorangehenden Ausführungsbeispielen dadurch, dass eine Signalrückleitung zwischen dem Senderteil 2 und dem Empfängerteil 3 über die Masse 26 hergestellt ist. Hierzu sind Sender-Kontaktfläche 5 und die Empfänger-Kontaktfläche 9 jeweils kapazitiv an die Masse 26 gekoppelt. Die zweite Einkoppelstelle 17 und die zweite Auskoppelstelle 18 sind somit nicht Bestandteil des menschlichen Körpers 7, sondern direkt mit der Masse 26 verbunden.
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Diese Variante ergibt sich beispielsweise, wenn der Benutzer mit einer Extremität die erste Sender-Kontaktfläche 4 und mit einer anderen Extremität die erste Empfänger-Kontaktfläche 8 berührt, wobei die Signalrückleitung über die Masse 26, mit welcher die zweite Sender-Kontaktfläche 5 und die zweite Empfänger-Kontaktfläche 9 jeweils kapazitiv gekoppelt sind, gebildet ist.
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6 zeigt ein weiteres Ersatzschaltbild, in welchem die Signalrückleitung 27 explizit sichtbar ist. Auch bei 6 sind konstruktiv und/oder funktionell zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1 bis 5 gelten daher zu 6 entsprechend.
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In 6 ist zusätzlich die Körperkapazität 28 berücksichtigt, welche sich beispielsweise ergibt, wenn der menschliche Körper 7 ebenfalls kapazitiv an Masse 26 angekoppelt ist. Dies kann beispielsweise über die Schuhe des Benutzers der Fall sein.
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Es ist günstig, wenn zur Signalübertragung die Kapazitäten an den Sender-Kontaktflächen 4, 5 und Empfänger-Kontaktflächen 8, 9 in Bezug auf die zu erwartende Körperkapazität 28 für die verwendeten Trägerfrequenzen oder Mittenfrequenzen dimensioniert werden.
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Im Betrieb wird ein Benutzer das Senderteil 2 aktivieren, worauf das Senderteil 2 beginnt, in wiederkehrenden Zeitabständen eine Autorisierungs- und/oder Identifikationsinformation über die Sender-Kontaktflächen 4, 5 zu senden.
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Sobald mit dem menschlichen Körper 7 ein Signalübertragungsweg zu dem Empfängerteil 3 gebildet ist, empfängt das Empfängerteil 3 diese Authentifizierungs- und/oder Identifizierungsinformation und wertet diese aus.
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Ist die übertragene Information gültig, so beginnt die Übertragung von Nutzdaten, beispielsweise Messwerten vom Senderteil 2 an das Empfängerteil 3 oder Bedienbefehle von dem Senderteil 2 an das Empfängerteil 3.
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Sobald der Benutzer den Signalübertragungsweg zwischen den Sender-Kontaktflächen 4 und/oder 5 und den Empfänger-Kontaktflächen 8 und/oder 9 auftrennt, wird die Übertragung von Nutzdaten beendet, und das Senderteil 2 geht in einen geschützten Modus über.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung eines Signals 14 von einem Senderteil 2 an ein Empfängerteil 3 kann insbesondere vorgesehen sein, einen Signalübertragungsweg durch kapazitive Ankopplung eines menschlichen Körpers 7 eines Benutzers an wenigstens eine Sender-Kontaktfläche 4, 5 des Senderteils 2 und an wenigstens eine Empfänger-Kontaktfläche 8, 9 des Empfängerteils 3 zu bilden, über welchen das Signal 14 übertragen wird.
